Решил написать в теоретической сетке, так как это чистая теория, расчеты на пальцах, однако подтвержденная практикой привычной ректификации.
Как и при любом теоретизировании, я буду делать много предположений и упрощений. Пишу не для того, чтобы кого-то в чем-то убедить, а чтобы самому вникнуть в суть. И сделать выводы.
Итак, есть у нас колонна с 1,5-киловаттным нагревом, с навалкой 40 литров 40% (12,629 кг спирта) и идеальной колонной, работающей на этапе отбора головной фракции с очень большим флегмовым числом. То есть с настолько малым отбором, что уменьшением количества и крепости навалки за время отбора голов мы можем пренебречь. Но не настолько малым, чтобы допустить концентрирование головной примеси ниже самых верхних ярусов насадки. Можно и учесть мизерный отбор спирта, но это внесет ненужное усложнение расчетов, а ясности не добавит.
В кубе помимо спирта и воды есть еще условная головная примесь, концентрация которое составляет 1%, или 10 грамм примеси на килограмм спирта (в навалке ее в нашем случае 126,290 грамм), а коэффициент ректификации ее равен четырем.
Наша задача снизить содержание головной примеси в кубе раз в 1000, то есть уменьшить ее вес в навалке где-то до 0,1-0,15 грамм.
Я акцентирую внимание на том, что конкретная цифра веса примеси не имеет значения. Имеет значение то, что нам нужно снизить концентрацию в 1000 раз.
Что происходит в колонне мы опустим, это не важно. Важно то, что в таких условиях мы точно знаем состав и количество веществ в выходящем из куба паре и в возвращающейся флегме. При кубовой концентрации 40%об и нагреве 1,5 кВт, куб каждые 10 минут покидает 420 грамма пара, в том числе 300 грамм спирта. Концентрация примеси в паре в пересчете на спирт в четыре раза (Крект) больше ее концентрации в данный момент в кубе.
Так как колонна работает почти на себя и полностью насыщена спиртом, в куб возвращается то же количество спирта и воды, что и выходит, но головной примеси возвращается меньше. Ее концентрация в пересчете на спирт равна ее концентрации в навалке.
Ясно, что изменение концентрации примеси в кубе изменяется непрерывно, поэтому корректный расчет можно провести методами интегрального счисления, но эксель настолько меня разбаловал, что я предпочитаю делать это методами простой арифметики, разделяя процесс на короткие временные участки и предполагая, что за время этого короткого периода времени концентрация примеси в кубе не меняется.
Сейчас посчитаю и выложу результат расчета такого отбора голов, а потом попытаюсь оценить насколько эффективно мы выводим головы.